[发明专利]用于湿生物质的热化学协调和气化的装置和方法有效
申请号: | 201180027535.2 | 申请日: | 2011-02-14 |
公开(公告)号: | CN102959056A | 公开(公告)日: | 2013-03-06 |
发明(设计)人: | 埃尔汗·德米尔 | 申请(专利权)人: | ZBB有限公司 |
主分类号: | C10J3/26 | 分类号: | C10J3/26;C10J3/62;C10J3/66;C10J3/74;F02B43/08 |
代理公司: | 广州弘邦专利商标事务所有限公司 44236 | 代理人: | 张钇斌 |
地址: | 德国*** | 国省代码: | 德国;DE |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 用于 生物 热化学 协调 气化 装置 方法 | ||
本发明涉及一种通过具有一个可闭合的进口的一个可加热的碳化反应器用于湿的(尤其含水的)和/或干燥的生物质的热化学碳化和气化以生产能量载体和/或原料载体的装置,在该碳化反应器内将该生物质转化成一种固体的可流动或气态的能量载体和/或原料载体,并且为了该能量载体和/或原料载体的临时储存,将该生物质经过一个可关闭的出口排出到一个连接到该碳化反应器的可冷却的容器,该可冷却的容器连接到一个下游气化反应器,在该下游气化反应器内将气体和废弃物(如灰)从该生物质中分离出。
现有技术
生物质的气化通常是已知的。这理解为以下过程,在该过程中通过一种气化剂或氧化剂(通常是空气、氧、二氧化碳或蒸汽)通过部分燃烧将生物质转化成为一种产品气体或可燃气体。
通过气化,可以将以固态燃料形式的生物质转化成为一种气态的二次燃料,该气态的二次燃料可以更有效地使用在不同的用途选择中,例如电力生产或作为燃料和推进剂(可燃气体)或用作用于化学合成的合成气。对于其他一些固态燃料同样存在一些类似过程,尤其对于煤的气化。
在大约150°C的温度下的干燥之后开始生物质的气化,伴随着首先释放出蒸汽和氧。在更高的温度下,将该生物质的固体组分进行燃烧。一经供应二次空气就点燃了这种气体;闪点是从230°C至280°C。
工业的生物质气化是通过一种气化剂或氧化剂(通常是空气、氧、二氧化碳或蒸汽)在从700°C至900°C的温度下进行的没有着火的部分燃烧,其中该生物质不是被氧化成为二氧化碳(CO2)(如在燃烧中)而是基本上氧化成为一氧化碳(CO)。生成的气体的另外的组分是氢(H2)、二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、蒸汽(H2O)以及多种痕量气体和杂质,取决于所使用的生物质。留下了固体残渣(灰和焦炭);此外,当该温度降低时该产物气体的某些组分(焦油和水)可以冷凝出来。
该可燃产物气体可以通过燃烧(可燃气体)或化学合成(合成气)进一步在一个下游过程被氧化,伴随能量的释放(放热过程)。如果该气化是用空气进行的,则用氮稀释的最终产物气体还经常称为贫气(LCV,低发热量气体)。
水热碳化(例如:“在高温下水性碳化”)是一种用于由生物质生产褐煤、合成气、液体石油前体以及腐殖土的简单的并且高效的化学过程,伴随能量的释放。在几个小时内,该过程技术上重复了本质上在5万至5千万年内发生的褐煤的形成(“煤化”)。
目前已知的工作过程如下:将生物质、尤其是植物物质(在下列反应方程式中为了简单以糖表示,具有分子式C6H12O6)与水一起在一个等体积的过程中在一个压力容器内加热到180°C。该压力可以增加到2 MPa。在该反应过程中,还形成了氧鎓离子,该氧鎓离子使pH值降低到5或更低。在这个过程中,碳进入一个水相并且如此损失掉。对于该工作过程这种能量是不再可得的。通过加入少量的柠檬酸可以加速这个步骤。必须牢记的是在低pH值下,更多的碳进入该水相。发生的反应是放热的,即释放能量。在12小时之后,这些离析物的碳已经完全地进行了转化:90%至99%的碳是以固相的形式,作为一种孔径大小在8至20 nm之间的多孔的褐煤珠粒(C6H2O)的水性淤泥;剩余1%至10%的碳在该水相中溶解或已经转化成为二氧化碳。关于褐煤的形成的反应方程式是:
C6H12O6 → C6H2O + 5 H2O ΔH = -1.105 kJ/mol
该反应可以在若干阶段终止,伴随着不完全的水裂解,从而获得了不同的中间体。通过在几分钟之后终止,形成了一些液体中间体(亲脂性物质),但是由于它们的高反应性对它们的控制是非常困难的。紧接着,这些物质发生聚合并且形成类泥煤的结构,它们在大约8小时之后作为中间体可得。
理论上,该反应可以用某些金属颗粒进行催化,但是这些金属颗粒将非常快地加到这些产物上并且失去它们的功能。
由于水热碳化的放热反应,释放了基于该干物质的大约3/8的生物质的热值(其中高含量的木素、树脂和/或油仍然是至少1/4)。通过有技巧的过程控制,有可能用这种废热由湿生物质生产干燥的生物煤并且任选地将所转化的能量中的一部分用于发电。
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